Den temperatur som krävs för att producera flytande helium är låg på grund av de svaga attraktionskrafterna mellan heliumatomerna. Dessa interatomära krafter i helium är svaga till att börja med eftersom helium är en ädelgas, men de interatomära attraktionerna reduceras ännu mer genom kvantmekanikens effekter. Dessa är betydande i helium på grund av dess låga atommassa på cirka fyra atommasseenheter. Nollpunktsenergin i flytande helium är mindre om atomerna är mindre instängda av sina grannar. I flytande helium kan därför dess grundtillståndsenergi minska genom en naturligt förekommande ökning av det genomsnittliga interatomära avståndet. Vid större avstånd är dock effekterna av de interatomära krafterna i helium ännu svagare.
På grund av de mycket svaga interatomära krafterna i helium förblir grundämnet en vätska vid atmosfäriskt tryck hela vägen från dess förvätskningspunkt ner till den absoluta nollpunkten. Flytande helium stelnar endast vid mycket låga temperaturer och stora tryck. Vid temperaturer under deras förvätskningspunkter övergår både helium-4 och helium-3 till superfluider. (Se tabellen nedan.)
Vätska helium-4 och det sällsynta helium-3 är inte helt blandbara. Under 0,9 kelvin vid deras mättade ångtryck genomgår en blandning av de två isotoperna en fasskillnad till en normal vätska (mestadels helium-3) som flyter på en tätare superfluid som mestadels består av helium-4. Denna fasseparation sker eftersom den totala massan av flytande helium kan minska sin termodynamiska entalpi genom att separera.
Vid extremt låga temperaturer kan den superfluida fasen, som är rik på helium-4, innehålla upp till 6 % helium-3 i lösning. Detta möjliggör småskalig användning av utspädningskylskåpet, som kan nå temperaturer på några millikelvins.
Superfluid helium-4 har väsentligt annorlunda egenskaper än vanligt flytande helium.
